ESTRUCTURA Y GENERACIÓN DEL TUBO DE COOLIDGE

El tubo de rayos X consta de un cátodo, cuya función es emitir electrones hacia el ánodo. En los tubos modernos, el cátodo es un filamento, habitualmente de wolframio, calentado por medio de una corriente eléctrica de unos pocos amperios. Una porción de los electrones que circulan por el filamento se desprenden debido al efecto termoiónico. El haz de electrones emitido por el cátodo se acelera mediante una fuente de alto voltaje alterna —por ejemplo, entre los 30 y 150 kV— Para mejorar el rendimiento de los tubos de rayos X y evitar que la corriente fluya hacia el cátodo y destruya el filamento durante el ciclo de voltaje inverso se usan rectificadores.

Al colisionar contra el ánodo los electrones del haz ceden su energía al material, resultando en la emisión de rayos X mediante dos procesos: Por un lado, los electrones del haz pueden impartir la suficiente energía a los electrones del ánodo para que puedan escapar a la atracción del núcleo y abandonar su nivel atómico. Los electrones de niveles de energía superiores ocupan el nivel vacío, emitiendo fluorescencia o línea de emisión característica de energía igual a la diferencia entre los dos niveles atómicos. Por otro lado, los electrones de haz también pueden ser desviados de su trayectoria por el campo eléctrico de los núcleos atómicos del ánodo, emitiendo Bremsstrahlung o radiación de frenado, de espectro continuo, con la energía máxima igual al voltaje del tubo. Alrededor de un 1 % de la energía del haz es emitida en forma de radiación por estos procesos, predominantemente en la dirección perpendicular a la del haz de electrones. 

El espectro de rayos X emitidos por el tubo depende del material del ánodo y del voltaje de aceleración aplicado. El resto de la energía se desprende en forma de calor, por lo que el ánodo debe estar refrigerado, mediante agua o aceite. El diseño del ánodo es importante para limitar su calentamiento, lo que permite incrementar la intensidad del haz de electrones y reducir el foco o área de impacto en al ánodo, con la consiguiente mejora de las características de los rayos X emitidos. El ánodo es un metal de alto número atómico Z, lo que mejora la eficiencia del tubo. El wolframio se usa para muchas aplicaciones, debido a su alto punto de fusión y resistencia a la evaporación, bien en estado puro o en aleación con renio. También se utilizan los ánodos de molibdeno para ciertas aplicaciones donde se precisan rayos X de menor energía, como las mamografías. Para los experimentos de difracción de rayos X también son comunes los ánodos de cobre y cobalto.

Los rayos X.- Imprescindibles para conocer la estructura interna de los cristales, la radiación X es una de las sondas más importantes en ciencia, para el estudio de los niveles de organización microestructural de los materiales:“Es luz que ilumina y ve átomos”. Los equipos que se utilizan en los laboratorios de Cristalografía para producir rayos X disponen de un generador de alta tensión (» 50.000 V) que se suministra al llamado TUBO DE RAYOS X. Estos tubos constan de un bulbo de vidrio a alto vacío, con dos electrodos a los que se conecta el alto voltaje. El electrodo negativo (cátodo) contiene un filamento emisor de electrones, dispuesto de forma que los electrones emitidos se enfocan a una pequeña región del electrodo positivo (ánodo).El alto voltaje aplicado acelera los electrones catódicos a altas velocidades y hace que adquieran la energía correspondiente a dicho voltaje. Cuando llegan al ánodo, se frenan bruscamente contra él y hacen que éste emita rayos X y calor.

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